寄生虫感染与1型糖尿病(T1DM)的相关性研究进展

张雅文(综述) 杨叶虹(审校)

(复旦大学附属华山医院内分泌科 上海 200040)

1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus,T1DM)是一种全球范围内流行的器官特异性自身免疫疾病,发病机制是由于胰腺β细胞破坏、数量减少或功能衰竭导致的胰岛素分泌不足和糖代谢障碍[1-2]。1989年英国学者Strachan首次提出“卫生假说”[3]的概念,认为儿童时期较少接触病原微生物会导致变态反应疾病的发病率上升。近几十年来,卫生条件的改善与自身免疫疾病发病率的升高也提示我们“卫生假说”的合理性。T1DM的发生发展是由遗传和环境因素共同决定的。T1DM是一种多基因遗传病,一般认为其遗传易感性主要与人类白细胞抗原(human leukocyte antigen,HLA)Ⅱ类分子(主要是HLA-DR和HLA-DQ)有关[4-5],但同卵双胞胎的发病一致率约为50%,这提示遗传因素并不能完全解释T1DM的发生,许多环境因素包括饮食、气候、牛奶蛋白、维生素D缺乏、病原体接触等可能参与T1DM的发生发展[6-7]。

目前T1DM的治疗仍以外源性胰岛素为主,新的治疗策略尚无重大进展。寄生虫作为一种贯穿人类发展史的病原体,其调节宿主免疫应答、营造抗炎微环境的能力可能为T1DM的防治提供新策略。本文对既往动物实验的结果及机制进行总结与探讨,展望寄生虫相关免疫疗法的应用前景。

寄生虫的“免疫逃避”策略寄生虫在与宿主的长期进化斗争中,在有免疫力的宿主体内发育、增殖并长期存活的现象被称为“免疫逃避”,其机制主要包括抗原变异、抗原伪装、免疫抑制等。寄生虫在这一过程中可通过多种机制调节宿主的免疫应答,包括天然免疫和获得性免疫。一般认为T1DM是一种由辅助性T细胞1(helper T cell 1,Th1)介导的自身免疫疾病,而寄生虫感染往往引发Th2的过度活动。而在免疫学中,两种功能性细胞亚群(Th1和Th2)和调节性T细胞亚群(regulatory T cell,Treg)之间可以依靠细胞因子相互联系,共同调节免疫应答网络。理论上讲,一些蠕虫感染机体诱导免疫反应向Th2方向极化的现象可以削弱Th1细胞的活动,从而阻止T1DM的发生。除此之外,一些固有免疫细胞如树突状细胞(dendritic cell,DC)、自然杀伤T细胞(natural killer T cell,NKT)[8]、替代性活化巨噬细胞(alternatively activated macrophage,AAMφ)[9]参与寄生虫免疫调节的过程近年来也受到重视。

寄生虫与实验动物模型动物实验及病例对照研究结果表明各类寄生虫对T1DM的影响并不一致。目前使用较多的自发型和诱导型T1DM小鼠模型分别是非肥胖型糖尿病 (non-obese diabetic,NOD)小鼠模型和多次低剂量链脲佐菌素(multiple low-dose streptozotocin,MLDSTZ)诱导小鼠模型,各项动物实验结果的差异可能与寄生虫种类、小鼠模型种类、给药方式和剂量等因素有关。

血管内寄生虫——曼氏血吸虫与日本血吸虫 多项研究表明曼氏血吸虫对T1DM小鼠有很好的防治作用。Cooke等[10]分别用曼氏血吸虫尾蚴和虫卵注射NOD小鼠,结果阻止了NOD小鼠T1DM的发生。在曼氏血吸虫感染小鼠5周后,由幼虫引起的初始Th1细胞应答被由虫卵诱导的Th2细胞应答替代,这一过程伴有IFN-γ、IL-2下调以及IL-4、IL-5、IL-10升高。感染小鼠血清中的抗胰岛素抗体类型大多为免疫球蛋白M(immunoglobulin M,IgM),提示其预防T1DM发病的机制可能与抗体类型未能向免疫球蛋白G(immunoglobulin G,IgG)转化有关。 Zaccone等[11]用曼氏血吸虫的可溶性成虫抗原(soluble worm antigen,SWA)、可溶性虫卵抗原(soluble egg antigen,SEA)分别感染4周龄NOD小鼠也能阻止NOD小鼠发病。但该保护作用仅限于早期,给予8周龄NOD小鼠虫卵免疫则观察不到该结果。SEA分泌的主要成分为omega-1和IPSE (α-1)。近年来有研究证实omega-1为主要的Th2诱导成分,其作用几乎与整个SEA等效[12]。IPSE又称为α-1,是SEA分泌的主要糖蛋白之一。IPSE (α-1)可通过刺激嗜碱性粒细胞释放IL-4[13],诱导调节性B细胞(regulatory B cell,Breg)增殖并释放IL-10[14],诱导 AAMφ增殖[15]等方式,使细胞免疫应答向Th2方向极化。

日本血吸虫和曼氏血吸虫的感染过程类似。邹玖明等[16]用MLDSTZ法分别在小鼠感染日本血吸虫1 周和9周时诱导T1DM,相比于对照组,日本血吸虫早期感染对糖尿病小鼠血糖没有明显影响;而在感染慢性期,小鼠血糖显著降低,IL-4水平显著升高,且与对照组80%的胰岛淋巴细胞浸润相比,感染组的浸润率不足40%,这提示日本血吸虫的慢性感染能显著预防胰岛损伤。急慢性期感染的结果差异可能是由于感染初期的免疫反应以成虫抗原诱导为主,而在慢性期,随着虫卵的孵化与肉芽肿的形成,反应逐渐向Th2 方向极化。

淋巴管内寄生虫——丝虫 流行病学数据显示慢性丝虫感染率与糖尿病发病率呈负相关[17]。Amdare等[18]用马来丝虫(Brugiamalayi)成虫可溶性抗原、微丝蚴(Brugiamalayi)可溶性抗原和分泌/排泄抗原分别免疫STZ小鼠,其中57.5%～62.5%的小鼠不发病,62.5%～71.5%的已发病小鼠转化为非糖尿病状态。感染组小鼠的脾细胞上清液中可测得肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和IFN-γ减少,IL-10增加,抗胰岛素抗体的类型出现了从IgG2a到IgG1亚型的转变。抗体的产生和Ig类别的转换依赖于T细胞活化分泌的细胞因子,IgG2a到IgG1亚型的转变是由于IL-4和IL-10优先激活B细胞产生IgG1抗体类型(Th2型),而IFN-γ则刺激产生IgG2a抗体类型(Th1型)[19]。为进一步明确调节免疫应答的作用分子,该团队又用重组的马来丝虫幼虫转录蛋白(Brugiamalayirecombinant abundant larval protein transcript 2,rBmALT-2)治疗已发病的STZ小鼠,结果显示在rBmALT-2干预的第2周末,28%的小鼠血糖恢复正常,到第5周末小鼠血糖均达到正常水平[20],同时测得IFN-γ水平降低,IL-4、IL-10和IgG4水平升高,均提示免疫反应向Th2方向极化。由此可见,丝虫蛋白可能对T1DM有较强的预防和缓解作用。

消化道内寄生虫——带绦虫 Espinoza-Jiménez等[21]发现肥头绦虫(Taeniacrassiceps)能降低血糖、缓解胰岛炎症、降低小鼠T1DM发病率,用肥头绦虫可溶性抗原(TcS)和排泄/分泌抗原(TcES)分别在不同时期用不同剂量处理STZ小鼠并分析治疗效果[9]。结果显示,用TcS预处理过的小鼠不能发生T1DM,而在T1DM发病早期接受TcES干预的小鼠胰腺炎和高血糖得到显著缓解,AAMφ和骨髓源抑制细胞(myeloid-derived suppressor cell,MDSC)升高,因此认为肥头绦虫的衍生分子与其他蠕虫相比具有更强的抗炎活性,而且这种保护作用高度依赖于AAMφ,故推测肥头绦虫感染能通过招募AAMφ来发挥作用。

肌肉组织寄生虫——旋毛虫 Saunders等[22]发现用旋毛虫感染6～8周龄NOD小鼠时可阻止NOD小鼠胰岛的缓慢破坏,从而有效阻止T1DM的发生。张紫芳等[23]用旋毛虫感染STZ小鼠,在急性期(感染后1周)和慢性期(感染后7周)观察血糖水平及胰岛病理变化,发现宿主血糖在感染急性期明显下降,在慢性期却无此改变,且无论在急性期或慢性期,小鼠胰岛病理变化均无明显好转。Wu等[24]发现,旋毛虫感染组的血糖在感染急性期显著下降,在感染后2周达最低值,慢性期又逐渐恢复至正常水平。故推测感染急性期血糖水平的显著降低可能与旋毛虫幼虫侵入肌肉后消耗糖原有关。实验结果的差异也可能与STZ小鼠与NOD小鼠模型的特点不同有关,NOD小鼠的胰腺破坏缓慢平和,旋毛虫尚能发挥免疫调节作用;而STZ(尤其是剂量高时)对胰岛细胞的破坏作用迅速强烈,可能导致旋毛虫的免疫抑制作用无法阻止胰岛损伤。

细胞内寄生虫——弓形虫 有研究结果表明弓形虫感染率与糖尿病发病率呈正相关[25-27]。Beshavy等[26]分别进行了病例对照研究(104例)和实验研究。病例对照研究发现,T1DM组中弓形虫IgG的血清阳性率(86.37%)明显高于T2D组(66.67%)和对照组(60%)。用Me49无毒株弓形虫感染小鼠(分为急性感染和慢性感染),慢性感染组小鼠血糖明显升高,小鼠胰腺组织中有大量CD8+T淋巴细胞浸润。刚地弓形虫是一种专性细胞内寄生原虫,能在包括胰腺细胞在内的任何有核细胞内感染和复制。这可能使得CD8+T淋巴细胞识别靶细胞并杀伤及清除的过程中破坏了胰腺β细胞[28-29],也可能是潜伏在胰腺中的弓形虫在大量增殖过程中损伤了胰岛β细胞[30],引起胰岛素严重分泌不足,从而发生T1DM。同时,弓形虫又是机会致病性细胞内寄生虫,在宿主体内通常处于隐性感染状态,但当宿主免疫功能受累时可出现异常增殖且致病力增强。糖尿病患者常有不同程度免疫功能下降,这可能又为弓形虫大量增殖创造了条件。故推测,细胞内寄生虫(如刚地弓形虫)的细胞破坏作用远大于免疫调节作用,免疫反应向Th1方向极化,胰岛β细胞的破坏增加,从而加重T1DM的发生发展。

结语T1DM的发病率在全球范围内不断增加,患者往往需终生依赖外源性胰岛素治疗,给社会和家庭带来沉重的经济负担。目前在T1DM的新治疗策略方面仍无重大进展,寄生虫相关免疫疗法可作为有待探索的选择之一。

有证据显示寄生虫感染在一定程度上会抑制宿主的免疫应答[31],降低疫苗接种的效果[32],升高肿瘤发病率[33],加上活体寄生虫的存在会引起机体组织损伤,在伦理上也难以被接受,因此活体应用不纳入临床应用的考虑范围。目前关于寄生虫活体和粗提物的实验研究很多,但纯化分子研究却很少。寄生虫的抗原是一类复杂的生物大分子,粗提物中成分复杂,使用纯化产品未必会产生类似于完整寄生虫抗原在宿主体内引起的免疫调节作用,可能达不到理想效果。理想目标是进一步确定粗提物中起作用的具体分子及其分子机制,进一步设计并重组协调不同通路的分子作用的免疫调节剂,以取代天然寄生虫蛋白。目前多数实验仅针对动物模型,从动物实验到寻找合适的寄生虫衍生分子或重组蛋白并真正应用于临床还需要进一步探索。